發射場產品測試環境保障效果評估研究

張安理，張　平，鄭士文

(太原衛星發射中心技術部，太原　030027)

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發射場產品測試環境保障效果評估研究

張安理，張平，鄭士文

(太原衛星發射中心技術部，太原030027)

摘要：依據提出的環境保障效果評估流程，介紹了發射場空調系統工作原理，分析了溫度、濕度、潔凈度及風量等環境保障參數的獲取方式，并構建了各環境保障參數的評價函數。基于“聚合”思想建立了環境保障效果評估模型，該評估模型全面地考慮了所有環境保障參數，并闡釋了模型中用到的單向鏈法權重確定方法。通過對環境效果實例的評估，驗證了該評估方法的科學性與可行性。

關鍵詞：環境保障；效果評估；評價函數；評估模型；單向鏈法

本文引用格式：張安理，張平，鄭士文.發射場產品測試環境保障效果評估研究[J].兵器裝備工程學報，2016(7):173-176.

Citation format:ZHANG An-li, ZHANG Ping, ZHENG Shi-wen.Study on Support Effect Assessment of Product Testing Environment in Launching Site[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2016(7):173-176.

航天產品運輸至發射場區后在技術區廠房或塔架進行地面測試，測試環境是產品進行正常測試的前提與基礎，其保障效果的優劣直接影響著產品品質，嚴重時甚至會損傷產品導致發射任務失敗，因此對任務過程中產品測試環境保障效果進行評估具有重要意義，它是發射任務事后評價及品質管控的重要依據之一。測試環境保障貫穿發射任務全過程，持續時間長，且涉及多個保障參數，因此要合理地評估環境保障效果是一項復雜工作。

國內外對于效果評估研究已涉及到干擾毀傷[1-2]、攻擊對抗[3]、偽裝識別[4-5]、訓練管理[6]等多個方面，評估方法也開展了諸多探索，比較常見的有層次分析法(AHP)、粗糙集法、動態/靜態貝葉斯網絡法、神經網絡法、模糊綜合評判法等。這些方法應用背景不同，各有優勢與不足。雖然效果評估研究涉及范圍較廣，但在發射場環境保障方面仍處于探索階段，作者尚未查找到相關文獻資料。目前，發射場環境保障效果評估缺乏合理有效的評估方法與手段，通用方法是在采集保障期間環境數據的基礎上，分別判斷各類數據參數是否處于指標范圍之內。這種方法能夠檢驗保障數據是否合格，但不能從整體上反映保障效果，這已成為制約任務事后評價的瓶頸之一。鑒于此，本文提出一種基于“聚合”思想和函數構造法的評估方法，以實現產品測試環境保障效果評估。

1評估流程

所謂評估是依據某種目標、標準、技術或手段，對得到的信息按照一定的程序步驟進行分析、研究、判斷的一種活動[7]。環境保障效果評估采用“聚合”思想開展評估，其核心在于參數評價函數構建，以及效果評估模型構造思路及過程，其具體評估流程如圖1所示。

圖1　環境保障效果評估流程

(1)保障參數選取

在環境保障效果評估中，確定保障參數集U={u1,u2,…,un}是實施評估的基礎與前提，它直接關系到環境評估的合理性與可行性。通過對發射場中央空調系統的工作原理進行分析，明確空調保障環境的關鍵性參數，并分析目前發射場環境保障時各環境參數的獲取方法。

(2)參數評價函數構建

獲取各保障參數數據之后，還必須使之量綱一元化和指標歸一化，如此方能基于某種評估方法進行各參數的綜合，從而實現環境保障效果的綜合評估及評價。量綱一元化的最佳方法是無量綱化。本文采用“構建參數評價函數”的方法獲取各保障參數歸一化的無量綱評價值。

(3)利用效果評估模型對保障效果實施評估

環境保障效果評估一是要考慮到各保障參數的影響，因而要采用聚合模型實現綜合，二是由于保障時間較長，因而要考慮到隨時間變化的特征，三是為更有效的體現任務保障過程中的保障效果，可將保障效果定義為保障狀況處于最佳狀況的程度，正是基于上述考慮構建了效果評估模型。另外，實現各指標綜合時，由于每個保障參數對于保障效果而言，其重要程度不同，因而還要考慮各保障參數的重要程度。權重計算方法有層次分析法、德爾菲法、熵值法等[8]，這里采用單向鏈法(也稱G1法)權重確定方法。

(4)給出效果評價結果

保障效果評價是開展效果評估的最終目的，這就需要提供評價劃分標準。根據相關資料、專家經驗及保障實際，按照評價結果好壞可將評語集確定為R={r1,r2,r3,r4}={差，中，良，優}，其中r1∈[0,0.2]，r2∈[0.2,0.5]，r3∈[0.5,0.8]，r4∈[0.8,1.0]。

2保障效果評估

2.1發射場空調系統工作原理

發射場中央空調系統的基本功能是對外界空氣的相關參數進行適應性調節，以實現產品測試廠房、塔架封閉區、衛星整流罩、火箭艙段等測試區域的環境保障及通風換氣等功能。目前，發射場中央空調系統的工作原理如圖2所示。

圖2　發射場中央空調系統工作原理

中央空調系統的保障環境參數包括溫度(Temperature)、濕度(Humidity)、潔凈度(Cleanliness)和風量(Air volume)。其中，溫濕度參數主要是通過測試區域內的溫濕度傳感器進行測試來獲取；潔凈度參數主要通過人工采用粒子計數器設備進行定期測試獲取；風量參數通常是在產品進場之前由參試各方現場測試獲取，任務期間不再進行重測，亦即目前任務模式采用的是“定風量”供風方式。

2.2參數評價函數

依據評估步驟，要開展環境保障效果評估，首先必須構建各保障參數的評價函數。

2.2.1溫度T與相對濕度H

溫度T和相對濕度H保障要求是依據航天產品各元器件溫度適應范圍以及發射場中央空調保障能力，并經過發射任務參試多方協調得到的。溫度T及相對濕度H指標要求提出形式為v∈(V±D)，其中，V為目標值或理想值，D為偏差值。

(1)

2.2.2潔凈度C

潔凈度C反映潔凈環境中空氣含塵粒多少的程度，潔凈度C的指標要求通常以C≤C1的形式給出，其中，C1通常為萬級或10萬級。潔凈度保障是不允許超標的，一旦超標便會對產品造成污染，因而其評價函數Y(c)需滿足如下條件：① 當所測試的潔凈度數據c低于或等于指標要求C1時，潔凈度評價函數Y(c)輸入值為1；② 當c超過C1時，Y(c)輸入值為0。即評價函數Y(c)模型如下所示：

(2)

2.2.3風量a

風量a主要反映產品測試區域單位時間內的換氣次數，風量a指標要求給出形式通常為A1～A2。當機組所送風量a滿足指標要求時，該參數評價函數值為1，當風量aA2時，則易造成產品損傷，其評價函數值為0。即評價函數Z(a)模型如下所示：

(3)

2.3保障效果評估模型

測試區域的環境保障效果不僅與空調系統自身保障能力有關，而且與航天產品的保障要求密切相關。要開展環境效果評估，就需要從發射任務中所獲取的保障參數，即溫度、濕度、潔凈度及風量中來進行。在發射任務保障過程中，其保障效果E是一個隨時間t時刻變化的變量。但對于某次特定的發射任務而言，空調系統對測試區域的總保障效果應為“恒定”的量，且可通過某種聚合方法，將整個發射任務過程中的瞬時保障效果進行聚合獲取，進而實現環境保障效果評估。

保障效果是一個模糊性概念，為開展保障效果評估，此處定義保障效果為[0,1]之間的數值。在任務保障期間[t1,t2]內，空調系統對產品測試區域的保障效果與其保障參數，即溫度、濕度、潔凈度以及風量等密切相關，且其主效應均為正，即該參數評價值越大，保障效果就越好。綜上所述，空調系統的瞬時環境保障效果可作如下假設：

(4)

式中，“～”表示相關，T(t)為溫度評價函數，H(t)為濕度評價函數，C(t)為潔凈度評價函數，A(t)為風量評價函數。

通常情況下，聚合模型主要包括兩種：加權積模型(冪函數法)和加權和模型[9]。其中，加權積模型主要應用于上下層指標關系相當密切的情況中。考慮到環境保障的四個參數中任一參數值發生變化都會嚴重影響其保障效果，因此本文聚合時采用加權積模型，即：

(5)

式中，y為上層指標，xi為組成這一指標的各下層指標，wi為第i個指標的權重值。

若在整個發射任務過程中，其評價函數值始終保持為1，則其保障效果為最佳，本文定義環境保障效果E為瞬時保障效果曲線下包絡的面積Sf與整個環境保障過程中評價函數值恒為1時所圍成的矩形面積S之比。即

(6)

2.4基于單向鏈法的權重確定

單向鏈權重確定方法(也稱G1法、序關系分析法)計算量較少，計算過程簡便直觀，該方法的計算步驟[10]如下：

(1)對各指標參數的重要性進行排序。假設環境保障的指標參數分別為x1,x2,x3,…,xn，若xi的重要性大于xj，則記為：xi>xj。

(2)通過分析獲取指標參數xk-1、xk之間相對重要性比值。假設決策者評價xk-1、xk之間相對重要性之比的理想判斷值為：wk-1/wk=rk，k=2,3,4,…,m-1,m，則rk-1與rk必須滿足：rk-1×rk>1。其中，rk的賦值可以參考表1。

表1　rk賦值參考表

(3)確定各指標的權重。若決策者給出的rk滿足(2)，則指標參數xm的權重值wm為：

(7)

其他指標參數的權重值為：wk-1=rk·wk，k=2,3,4,…,m-1,m。

3實例應用

衛星整流罩是空調保障的關鍵部位之一，這里以某次任務中對衛星整流罩的空調保障數據為例對其保障效果進行評估。據《**任務對發射場的技術要求》，整流罩溫度保障要求為20±5℃(目標值為20℃)，相對濕度保障要求為30%～60%(目標值為45%)，潔凈度≤1萬級，風量3 000～4 000m3/h。

在整流罩環境10天保障期間，整流罩溫濕度測試數據(采集間隔為4h)如圖3所示。

任務環境保障期間，整流罩潔凈度及風量測試數據如表2所示。

圖3　整流罩溫濕度測試數據

表2　整流罩潔凈度及風量測試數據

利用3.4節的單向鏈法權重確定方法，可得到溫度T、濕度H、潔凈度C及風量a等環境保障參數的權重向量為：

(0.315 2, 0.262 7, 0.225 1, 0.197 0)

通過3.2節參數評價函數以及3.3節保障效果評估模型，采用Matlab軟件仿真可獲取整流罩環境保障效果曲線如圖4所示。

圖4　整流罩環境保障效果曲線

由于潔凈度保障數據滿足任務指標要求，致使其評價函數值恒為1；發射任務中采用定風量供風方式，其評價函數值亦為恒值(數值為0.956 7)，由此可知，整流罩環境保障效果曲線變化主要來自于溫濕度保障數據變化。從圖4可以看出，起始階段由于溫度較低，而相對濕度較高，兩者均偏離目標值較遠，造成其保障效果較差，此后隨著溫度的升高，而與溫度呈現負相關的相對濕度則開始降低，兩者均接近目標值附近時，保障效果隨之上升并達到較好程度，此后溫度繼續上升，濕度繼續下降，兩者偏離目標值越來越遠，保障效果也隨之下降。隨后當溫濕度保障數據又逐步趨向目標值時，保障效果又呈現出上升趨勢。由此可見，環境保障效果曲線良好地反映了所有保障參數帶來的影響。另外，依據保障效果評估模型，可得到在此次任務中，整流罩的環境保障效果為0.918，等級評價可為“優”，進而為發射任務事后評價提供依據。

4結束語

本文提出了一種基于“聚合”思想的效果評估方法。結合具體實例分析，對所構建的各保障參數評價函數，以及效果評估模型進行了驗證，結果表明該評估思路與方法切實可行，能夠有效反映發射場中央空調系統對產品測試區域的環境保障效果。由于模型的優劣直接影響到評估結果的可靠性，下一步應在模型細化及完善方面繼續開展研究。

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(責任編輯楊繼森)

收稿日期：2016-02-09；修回日期：2016-03-05

作者簡介：張安理(1979—)，男，碩士，工程師，主要從事航天發射研究。

doi:10.11809/scbgxb2016.07.037

中圖分類號：V555

文獻標識碼：A

文章編號：2096-2304(2016)07-0173-04

Study on Support Effect Assessment of Product Testing Environment in Launching Site

ZHANG An-li, ZHANG Ping, ZHENG Shi-wen

(Technology Department, Taiyuan Satellite Launch Center, Taiyuan 030027, China)

Abstract:According to the evaluation process of the environmental support effect, the working principle of air conditioning system was introduced. The access of environment support parameters such as temperature, humidity, cleanliness and air volume were analyzed. The evaluation function of each environment support parameter was constructed. The assessment model of environment support effect based on the idea of polymerization was established. The assessment model involved all environment support parameters. The method for determining weight that was one-way chain used in this model was expounded. The assessment method was proved to be scientific and feasible by the assessment of practical example on the environment support effect.

Key words:environment support; effect assessment; evaluation function; assessment model; one-way chain

【基礎理論與應用研究】